Optimal PV Inverter Active and Reactive Power Control in Distribution Grids With High Amounts of Solar PV

Solceller installeres i det lavspente distribusjonsnettet i stadig økende grad. Dette fører til nye utfordringer for kraftnettoperatørene. Spesielt gir store mengder distribuert energiproduksjon opphav til overbelastning av kraftledningene, overspenninger, og dermed lavere leveringskvalitet. I timer med høy energiproduksjon kan overspenningsproblemer unngås ved kutting av aktiv effekt eller ved absorbsjon av reaktiv effekt i vekselretterene mellom solcellene og nettet. Smart utnyttelse av vekselrettere kan derfor øke distribusjonsnettets evne til å tolerere aktiv effektproduksjon. I denne oppgaven vurderes kontroll av vekselrettere for å begrense overspenningsproblemer i et lavspent distribusjonsnett i Steinkjer, med store mengder energiproduksjon fra solceller. En optimeringsmodell for optimal kraftflyt er utviklet og simulert i GAMS (The General Algebraic Modeling System). Optimale settpunkter for aktiv og reaktiv effektproduksjon for solcellesystemene er funnet ved å minimere fire ulike nyttefunksjoner: (i) nettverkstap, (ii) spenningsavvik, (iii) aktiv effektkutting, og (iii) totale effekttap (nettverkstap og aktiv effektkutting). Hovedresultatene viser at kontroll av vekselrettere tilkoblet solkraftsystemer er effektivt for å unngå overspenningsproblemer og til å øke distribusjonsnettets kapasitet for distribuert energiproduksjon. Kutting av effekttopper for å unngå overspenning gir lavest nettverkstap. Reaktiv effektkontroll fører til at kutting av effekttopper ikke er nødvendig. Nettverkstapene er høyere sammenlignet med aktiv effektkontroll på grunn av den reaktive effekten som absorberes i vekselretterene og høyere aktiv effektproduksjon. Distribusjonsnettet kan tolerere større mengder aktiv effektproduksjon med hensyn til overspenninger i forhold til overbelastning av kraftledningene. Overbelastningen økes ved reaktiv effektkontroll i vekselretterne. Dette skyldes økt reaktiv effektflyt i kraftledningene. Sensitivitetsanalyse på øvre spenningsgrenser viser at reduksjon i totale aktive effekttap (nettverkstap og aktiv effektkutting) kan oppnås ved å akseptere høyere spenningsvariasjoner. Dette skyldes at ved å tillatte høyere spenninger kan mengden absorbert reaktiv effekt og kuttet aktiv effektproduksjon reduseres. Derfor bør man vurdere konsekvensene nøye før man setter absolutte spenningsgrenser